可搬运型锶光钟的谱线探测

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光钟作为当前世界上最稳定、最准确的原子钟,系统不确定度已经达到E-19量级,优于现有复现秒定义的铯原子喷泉钟近三个量级,是下一代时频基准钟的有力候选之一。目前大多数光钟都固定在实验室,体积庞大并且系统繁杂,随着科研和工程的发展,人们对光钟的小型化和可搬运性提出了更高的要求。利用可搬运光钟可以对两地的原子钟进行频率比对,精确测量重力加速度,并且为空间光钟提供技术参考等。本文主要介绍基于87Sr原子的可搬运型一维光晶格钟的系统研制和钟跃迁谱线探测。首先搭建了一套小型化的光钟,其中光钟的物理系统放置在一个双层面包板上,体积为120×50×60 cm3;其次,实现了各个子光路系统的小型化和模块化,各个子光路之间相互独立,每一个子光路的激光输出通过光纤导入物理系统,这样方便了在光钟搬运过程中子光路系统的维修和替换。经过461 nm激光一级冷却得到原子数目为1.7×107、原子温度为5.1 m K的冷原子团。之后利用689 nm激光对原子进行二级冷却,得到温度为4.45μK、原子数目为1.02×106的原子团。然后利用波长为“魔术波长”的813 nm晶格光将冷原子团装载在一维光晶格中,晶格寿命为434 ms。最后利用698 nm钟激光对晶格中的原子探测获得含红蓝边带的钟跃迁谱线,利用红蓝边带拟合计算得到晶格中原子温度为4.63μK,晶格阱深为19.59μK。之后通过减小698 nm钟激光的功率和进行剩磁补偿,在竖直方向添加一束单向通过的689 nm极化光,得到m F=+9/2-m F=+9/2和m F=-9/2-m F=-9/2的自旋极化谱,线宽为11.79 Hz,并且将自旋极化谱作为最终光钟闭环的频率参考。以自旋极化谱为参考,固定钟激光频率,改变钟激光作用时间得到原子激发率随时间变化的拉比振荡曲线。在完成下一步光钟的闭环和评估工作后,可搬运型87Sr一维光晶格钟将有望在搬运过程中进行大地水准面图的绘制、与其它光钟进行比对和为空间光钟的实现提供技术参考等。
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